MT Capital rapport de recherche : Analyse complète de l'EVM parallèle, panorama des projets et perspectives futures
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MT Capital rapport de recherche : Analyse complète de l'EVM parallèle, panorama des projets et perspectives futures
L'EVM parallèle démontre un potentiel considérable pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité des blockchains, marquant ainsi un tournant majeur dans la technologie blockchain.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Xinwei, MT Capital
TL;DR
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La nécessité d'un EVM parallèle réside dans sa capacité à résoudre les problèmes d'efficacité liés au traitement séquentiel des transactions du traditionnel EVM. En permettant l'exécution simultanée de multiples opérations, il améliore considérablement le débit et les performances du réseau.
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Les approches pour implémenter un EVM parallèle incluent le traitement concurrent basé sur l'ordonnancement, les instances EVM multithreadées et le sharding au niveau système, tout en faisant face à des défis techniques tels que les horodatages non fiables, la détermination blockchain et les incitations orientées vers les gains des validateurs.
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Monad Labs, via son projet de couche 1 Monad, vise à améliorer significativement l'évolutivité et la vitesse des transactions grâce à des caractéristiques techniques uniques, notamment un traitement allant jusqu'à 10 000 transactions par seconde, un temps de bloc de 1 seconde, une exécution parallèle et le mécanisme de consensus MonadBFT.
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Sei V2 est une mise à niveau majeure du réseau Sei, visant à devenir le premier EVM entièrement parallélisé, offrant une compatibilité descendante avec les contrats intelligents EVM, une parallélisation optimiste, une nouvelle structure de données SeiDB et une interopérabilité avec les chaînes existantes, afin d'améliorer fortement la vitesse de traitement des transactions et l'évolutivité du réseau.
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Neon EVM est une plateforme sur Solana qui offre aux dApps Ethereum un environnement efficace, sécurisé et décentralisé, permettant aux développeurs de déployer et exécuter facilement leurs dApps tout en profitant de la haute débit et des faibles coûts de Solana.
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Lumio est une solution de couche 2 développée par Pontem Network, qui résout ingénieusement les défis d'évolutivité d'Ethereum en prenant en charge à la fois EVM et Move VM utilisé par Aptos, élevant ainsi l'expérience Web3 à un niveau proche de celui de Web2.
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Eclipse est une solution de couche 2 pour Ethereum utilisant SVM pour accélérer le traitement des transactions, adoptant une architecture rollup modulaire intégrant le règlement sur Ethereum, les contrats intelligents SVM, la disponibilité des données Celestia et les preuves de fraude RISC Zero.
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Solana utilise sa technologie Sealevel pour traiter en parallèle les contrats intelligents, Sui augmente son débit grâce aux composants Narwhal et Bullshark, Fuel permet l'exécution parallèle des transactions via un modèle UTXO, tandis qu'Aptos améliore ses capacités de traitement avec son moteur Block-STM, illustrant toutes les différentes implémentations et avantages des technologies parallèles dans le domaine blockchain.
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Les principaux défis liés à l'adoption de la parallélisation comprennent la résolution des conflits de lecture/écriture et des courses aux données, l'assurance de la compatibilité avec les standards existants, l'adaptation aux nouveaux modes d'interaction au sein de l'écosystème, ainsi que la gestion de la complexité accrue du système, notamment en matière de sécurité et d'allocation des ressources.
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Les EVM parallèles montrent un potentiel énorme pour renforcer l'évolutivité et l'efficacité des blockchains, marquant un tournant majeur dans la technologie blockchain en augmentant la capacité de traitement des transactions grâce à l'exécution simultanée sur plusieurs processeurs, dépassant ainsi les limites du traitement séquentiel traditionnel. Bien que prometteurs, leur mise en œuvre réussie nécessite de surmonter des défis techniques complexes et d'assurer une adoption large au sein de l'écosystème.
Notions fondamentales sur l'EVM parallèle
Introduction à l'EVM
La Machine Virtuelle Ethereum (EVM) est le composant central de la blockchain Ethereum, servant de moteur de calcul. Il s'agit d'une machine quasi Turing-complète fournissant un environnement d'exécution pour les contrats intelligents sur le réseau Ethereum, ce qui est essentiel pour maintenir la confiance et la cohérence au sein de tout l'écosystème Ethereum.
L'EVM exécute les contrats intelligents en traitant du bytecode, une forme plus élémentaire obtenue en compilant le code écrit dans des langages de haut niveau comme Solidity. Ce bytecode est constitué d'une série d'opcodes effectuant diverses fonctions, y compris les opérations arithmétiques et le stockage ou la récupération de données. L'EVM fonctionne comme une machine à pile, traitant les opérations selon le principe « dernier entré, premier sorti », et chaque opération possède un coût en gaz associé. Ce système de gaz mesure le travail de calcul requis pour exécuter une opération, assurant une allocation équitable des ressources et empêchant la surutilisation du réseau.
Dans Ethereum, les transactions jouent un rôle crucial dans les fonctionnalités de l'EVM. Il existe deux types de transactions : celles entraînant un appel de message et celles conduisant à la création d'un contrat. La création d'un contrat aboutit à un nouveau compte contenant le bytecode compilé du contrat intelligent, dont le bytecode sera exécuté lorsqu’un autre compte effectuera un appel de message sur ce contrat.
L'architecture de l'EVM comprend des composants tels que le bytecode, la pile, la mémoire et le stockage. Elle dispose d'un espace mémoire dédié pour le stockage temporaire des données pendant l'exécution, ainsi que d'un espace de stockage persistant sur la blockchain pour conserver indéfiniment les données. La conception de l'EVM assure un environnement d'exécution sécurisé pour les contrats intelligents, les isolant pour prévenir les attaques de réentrance, et met en œuvre diverses mesures de sécurité telles que le gaz et les limites de profondeur de pile.
En outre, l'influence de l'EVM dépasse Ethereum lui-même, s'étendant largement via les chaînes compatibles EVM. Ces chaînes, bien que différentes, conservent une compatibilité avec les applications basées sur Ethereum, permettant une interaction fluide avec les applications fondamentales d’Ethereum. Elles jouent un rôle clé dans divers domaines tels que les solutions d'entreprise, le GameFi et le DeFi.
Nécessité de l'EVM parallèle
La nécessité d’un EVM parallèle découle de sa capacité à améliorer considérablement les performances et l'efficacité des réseaux blockchain. Le traitement séquentiel des transactions par l'EVM traditionnel est non seulement énergivore, mais aussi très exigeant pour la charge de travail des validateurs du réseau. Cette méthode conduit souvent à des coûts élevés et à une inefficacité, considérée comme un obstacle majeur à l'adoption généralisée des blockchains.
L'EVM parallèle transforme radicalement le processus de consensus en permettant l'exécution simultanée de multiples opérations. Cette capacité d’exécution parallèle augmente fortement le débit du réseau, améliorant ainsi les performances globales et l’évolutivité de toute la blockchain. Grâce à l'EVM parallèle, les réseaux blockchain peuvent traiter davantage de transactions en moins de temps, résolvant efficacement les problèmes courants de congestion et de délais longs observés dans les systèmes traditionnels.
L'EVM parallèle a un impact significatif sur divers aspects de la technologie blockchain :
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Il propose une méthode de traitement des transactions plus économe en énergie et plus efficace. En allégeant la charge des validateurs et de l'ensemble du réseau, l'EVM parallèle contribue à construire un écosystème blockchain plus durable.
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L’amélioration de l’évolutivité et l’augmentation du débit entraînent directement une baisse des frais de transaction. Les utilisateurs bénéficient d’une expérience plus économique, rendant les plateformes blockchain plus attractives pour un public plus large.
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Le traitement simultané de plusieurs transactions plutôt que séquentiel signifie que les dApps peuvent fonctionner plus fluidement même pendant les périodes de forte demande.
Méthodes d'implémentation de l'EVM parallèle
Dans l'architecture actuelle de l'EVM, les opérations de lecture/écriture les plus fines sont sload et sstore, utilisées respectivement pour lire depuis et écrire dans le trie d'état. Ainsi, garantir qu'il n'y ait pas de conflit entre différents threads sur ces deux opérations constitue un point d'entrée simple pour implémenter un EVM parallèle/concurrent. En effet, Ethereum possède un type spécial de transaction incluant une structure appelée « liste d'accès », permettant aux transactions d'emporter les adresses de stockage qui seront lues ou modifiées. Cela fournit donc une base solide pour mettre en œuvre une approche concurrente basée sur l'ordonnancement.
Du point de vue de l'implémentation système, il existe trois formes courantes d'EVM parallèle/concurrent :
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Multithreading d'une seule instance EVM.
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Multithreading de plusieurs instances EVM sur un seul nœud.
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Multithreading de plusieurs instances EVM sur plusieurs nœuds (essentiellement du sharding au niveau système).
La différence entre la parallélisation dans les blockchains et celle dans les systèmes de bases de données réside dans les points suivants :
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Les horodatages non fiables rendent difficile le déploiement de méthodes concurrentes basées sur ceux-ci dans le monde blockchain.
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Le caractère absolument déterministe des systèmes blockchain, nécessaire pour garantir que les transactions soient identiquement réexécutées entre différents validateurs.
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L'objectif ultime des validateurs est un gain plus élevé, pas une exécution plus rapide des transactions.
Alors, que nous faut-il ?
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Un consensus systémique où une exécution plus rapide entraîne une récompense plus élevée.
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Un algorithme d'ordonnancement multivariable tenant compte des limites des blocs, capable de maximiser les revenus tout en accélérant l'exécution.
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Des opérations de données plus fines, incluant le verrouillage au niveau opcode, une couche de cache mémoire, etc.
Principaux projets et leurs technologies
Monad Labs
Monad est une blockchain de niveau 1 compatible EVM, conçue pour améliorer considérablement l'évolutivité et la vitesse des transactions grâce à des caractéristiques techniques uniques. Les principaux atouts de Monad incluent un traitement pouvant atteindre 10 000 transactions par seconde et un temps de bloc de 1 seconde. Cela est rendu possible par son mécanisme de consensus MonadBFT et sa compatibilité EVM, permettant un traitement efficace et rapide des transactions.
L'une des caractéristiques les plus remarquables de Monad est sa capacité d'exécution parallèle, permettant de traiter simultanément plusieurs transactions, ce qui améliore grandement l'efficacité et le débit du réseau par rapport aux méthodes traditionnelles de traitement séquentiel.
Le développement de Monad est dirigé par Monad Labs, fondé par Keone Hon, Eunice Giarta et James Hunsaker. Le projet a levé avec succès 19 millions de dollars lors de son financement initial, avec un testnet prévu pour le milieu du premier trimestre 2024, suivi d’un déploiement sur mainnet.
Monad a été optimisé dans quatre domaines principaux, en faisant une blockchain haute performance :
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MonadBFT :
MonadBFT est le mécanisme de consensus haute performance de la blockchain Monad, utilisé pour parvenir à un accord sur l'ordre des transactions sous conditions de synchronisation partielle, même en présence d'acteurs byzantins. Basé sur une version améliorée de HotStuff, il adopte un algorithme BFT en deux phases présentant une réactivité optimiste, avec une surcharge de communication linéaire dans les cas usuels et quadratique en cas de timeout. Dans MonadBFT, le leader envoie à chaque tour un nouveau bloc et le QC (certificat de quorum) ou TC (certificat de timeout) du tour précédent aux validateurs. Ces derniers examinent le bloc ; s'ils sont d’accord, ils envoient un vote « oui » signé au leader du prochain tour. Ce processus agrège via signature seuil **
2f+1** votes « oui » pour former un QC. En situation normale, le leader envoie le bloc aux validateurs, qui envoient directement leurs votes au leader suivant. MonadBFT utilise également des signatures BLS basées sur des appariements pour résoudre les problèmes d’évolutivité, permettant d’agréger progressivement les signatures en une seule, dont la vérification prouve que toutes les parts associées aux clés publiques ont signé le message. Pour des raisons de performance, MonadBFT adopte un schéma hybride où les signatures BLS ne sont utilisées que pour les messages agrégables (votes et timeouts), tandis que l’intégrité et l’authenticité restent assurées par des signatures ECDSA. Grâce à ces caractéristiques, MonadBFT parvient à un consensus blockchain efficace et robuste. -
Exécution différée :
Cette innovation clé découple le processus d'exécution du consensus. Dans cette architecture, le consensus consiste pour les nœuds à s'accorder sur l'ordre officiel des transactions, tandis que l'exécution correspond au traitement effectif de ces transactions et à la mise à jour de l’état. Ici, le nœud leader propose un ordre de transactions sans connaître encore la racine d'état finale ; les validateurs votent sur la validité d’un bloc sans savoir si toutes les transactions seront exécutées avec succès.
Cette conception permet à Monad d'atteindre des gains de vitesse importants, permettant à une blockchain monoshard d'atteindre des millions d'utilisateurs. Chaque nœud atteint un consensus sur le bloc N tout en exécutant indépendamment les transactions du bloc N et en commençant à atteindre un consensus sur le bloc N+1. Cette approche autorise un budget de gaz plus important, car l'exécution doit simplement suivre la cadence du consensus. De plus, puisque l’exécution doit seulement suivre en moyenne le rythme du consensus, cette méthode tolère mieux les variations de temps de calcul.
Pour garantir davantage la réplication de machines à états, Monad inclut dans sa proposition de bloc une racine de Merkle retardée de D blocs. Cette racine retardée assure la cohérence du réseau même en cas d'erreur ou de comportement malveillant d’un nœud.
Dans MonadBFT, la finalité est d’un seul slot (1 seconde), et les résultats d’exécution sont généralement accessibles sur les nœuds complets en moins d’une seconde. Cette finalité en un slot signifie qu’après soumission d’une transaction, l’utilisateur voit l’ordre officiel après un seul bloc. Sauf comportement malveillant de la supermajorité du réseau, aucun réordonnancement n’est possible. Pour les utilisateurs ayant besoin rapidement du résultat (par exemple, les traders à haute fréquence), exécuter un nœud complet minimise la latence.
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Exécution parallèle :
Elle permet à Monad d'exécuter simultanément plusieurs transactions. Cette approche semble initialement différente de la sémantique d’exécution d’Ethereum, mais en réalité ne l’est pas. Les blocs de Monad sont identiques à ceux d’Ethereum : des ensembles de transactions triées linéairement. Les résultats de l’exécution sont identiques entre Monad et Ethereum.
Durant l’exécution parallèle, Monad utilise une méthode d’exécution optimiste, lançant l’exécution des transactions suivantes avant que les précédentes soient terminées. Cela peut parfois produire des résultats incorrects. Pour corriger cela, Monad suit les entrées utilisées durant l’exécution et les compare aux sorties des transactions précédentes. En cas d’incohérence, la transaction doit être relancée avec les bonnes données.
De plus, Monad utilise un analyseur statique de code pour prédire les dépendances entre transactions et éviter des exécutions parallèles invalides. Dans le meilleur des cas, il peut anticiper de nombreuses dépendances ; dans le pire, il revient à un mode d’exécution simple.
La technologie d’exécution parallèle de Monad améliore non seulement l’efficacité et le débit, mais réduit aussi, grâce à des stratégies d’optimisation, les échecs de transaction dus à la parallélisation.
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MonadDb :
MonadDb optimise le stockage et le traitement des données. Faisant partie de la stratégie d'optimisation de Monad, elle vise à améliorer les performances globales du réseau, notamment en matière de données d’état et de transactions. Ce composant est conçu pour accroître l’efficacité et l’évolutivité du stockage, renforçant ainsi la capacité du réseau à traiter de grandes quantités de données. Il inclut des mécanismes d’indexation améliorés, des structures de stockage plus efficaces et des chemins d’accès optimisés. Ces optimisations réduisent le temps d’accès aux données, accélèrent le traitement des transactions et améliorent les performances globales du réseau blockchain.
Projets écosystème
Tayaswap
TayaSwap est un DEX AMM basé sur Monad, soutenu par SubLabs, permettant d’échanger des actifs sans ordres classiques ni intermédiaires. L’AMM repose sur des formules mathématiques et des contrats intelligents pour faciliter l’échange de jetons, fixer les prix et réaliser des transactions pair-à-pair.
Ambient Finance
Ambient (anciennement CrocSwap) est un protocole d’échange décentralisé permettant de combiner liquidités concentrées et produits constants dans un AMM bilatéral sur n’importe quelle paire d’actifs blockchain. Ambient exécute l’ensemble du DEX dans un seul contrat intelligent, où chaque pool AMM est une structure légère, et non un contrat séparé.
Shrimp Protocol
Shrimp est un DEX (3,3) doté d’une économie token en roue libre, soutenant les actifs du monde réel, bientôt disponible sur Monad.
Catalyst
Catalyst est une solution de liquidité permise entre blockchains modulaires, conçue spécifiquement pour connecter toutes les chaînes, permettant d’accéder à n’importe quel actif, n’importe où. Catalyst permet aux développeurs de se connecter automatiquement à toutes les chaînes, d’accéder aux utilisateurs d’un écosystème unifié, tout en assurant une sécurité et une intégration transparente grâce à une conception simple, décentralisée et auto-hébergée.
Swaap
Swaap est un AMM neutre sur le marché. Il combine oracle et spread dynamique, offrant des rendements durables aux fournisseurs de liquidité et des prix plus avantageux aux traders. Le protocole réduit fortement les pertes impermanentes et propose des pools multi-actifs.
Elixir
Elixir est un protocole de market-making décentralisé qui interagit avec des centres de trading centralisés via des API en utilisant des algorithmes de market-making, apportant de la liquidité aux actifs cryptos de longue traîne.
Timeswap
Timeswap est un protocole de marché monétaire décentralisé basé sur AMM, sans oracle ni liquidateur. Contrairement à Uniswap où les actifs sont échangés en temps réel, emprunter sur Timeswap implique d’échanger des jetons jusqu’au remboursement. Le prêteur fournit l’actif A en prêt et « protège » une certaine quantité de l’actif B utilisé comme collatéral par l’emprunteur. Les utilisateurs peuvent ajuster leur profil de risque pour obtenir des taux plus élevés avec un ratio de collatéral plus faible, ou inversement.
Poply
Poply est un marché NFT communautaire spécialisé pour la chaîne Monad, mettant en valeur et valorisant des collections NFT créées spécifiquement pour cette chaîne, attirant les amateurs d’art NFT uniques grâce à l’IA générative et une interface conviviale, facilitant l’échange de jetons ERC-721.
Switchboard
Switchboard est un protocole d’oracle permis, personnalisable et multi-chaînes pour flux de données généraux et génération de hasard vérifiable. En permettant à quiconque de publier tout type de données, il offre un service unique aux utilisateurs et favorise le développement des prochaines applications décentralisées.
Pyth Network
Pyth Network est une solution d’oracle de prix de nouvelle génération développée par Douro Labs, visant à fournir via la blockchain des données financières précieuses aux projets, protocoles et au grand public, incluant crypto-monnaies, actions, forex et matières premières. Le réseau agrège des données de prix de première main provenant de plus de 70 fournisseurs de données fiables, puis les publie pour utilisation par des contrats intelligents et d'autres applications, en chaîne ou hors chaîne.
AIT Protocol
AIT Protocol est une infrastructure de données pour l'intelligence artificielle dans Web3, proposant des solutions IA. Son marché décentralisé offre aux millions d’utilisateurs cryptos une opportunité exceptionnelle de participer à des tâches « s’entraîner pour gagner », leur permettant de recevoir des récompenses tout en contribuant activement au développement des modèles d’IA.
Notifi
Notifi fournit une couche de communication universelle à tous les projets Web3, planifiant d’intégrer des fonctionnalités de notification et de messagerie dans les applications décentralisées pour interagir avec les utilisateurs sur des canaux numériques et en chaîne. L’API Notifi permet aux développeurs d’accéder via une API simple à une infrastructure de communication complexe, offrant une expérience native à toutes les applications ; le Centre Notifi donne aux utilisateurs une expérience de notification personnalisable, leur permettant de consulter et gérer tous leurs messages Web3 depuis mobile ou web ; Notifi Push permet aux marketeurs de créer un engagement multi-canal cohérent, stimulant la croissance et la fidélisation.
ACryptoS
ACryptoS est une plateforme avancée de stratégies cryptos, un optimiseur multi-chaînes de rendements et DEX offrant divers produits uniques tels que des coffres à jeton unique à composition automatique, des coffres LP à double jeton, des coffres de liquidité uniques, une branche DEX Balancer-V2 et des échanges de stablecoins. Initialement lancé sur BNB Chain en novembre 2020, ACryptoS s'est étendu à 11 chaînes avec plus de 100 coffres déployés, soutenant les utilisateurs et protocoles DeFi.
MagmaDAO
MagmaDAO est un protocole de mise en jeu décentralisé contrôlé par un DAO, visant une distribution équitable de jetons via une compétition d’airdrops au sein de l’écosystème, étant le premier validateur distribué hors Ethereum, construit sur Monad, le L1 EVM le plus rapide, le moins cher et le plus résistant à la censure.
Wombat Exchange
Wombat Exchange est un échange multi-chaînes de stablecoins, offrant des pools de liquidité ouverts, un glissement réduit et un stake unilatéral.
Wormhole
Wormhole est un protocole de messagerie générale décentralisé permettant aux développeurs et utilisateurs d'applications cross-chain de tirer parti des avantages de plusieurs écosystèmes.
DeMask Finance
DeMask Finance est un protocole AMM en chaîne pour échanger des NFT contre des jetons ERC20. Il prend en charge la création de collections NFT et de lanceurs NFT : jumelés avec ETH et autres jetons. Marché décentralisé de NFT : supporte les NFT ERC-1155 ou d'autres jetons jumelés avec ETH et jetons ERC-20. Le protocole DeMask vise à augmenter la liquidité du marché NFT, offrant une interface pour échanger sans friction entre des jetons ERC20 ou natifs et des collections NFT. DeMask est un système de contrats intelligents interconnectés, où tous les utilisateurs peuvent créer et posséder des pools de liquidité et trader de façon entièrement automatisée. Chaque pool détient une paire d’actifs, un jeton et un NFT, offrant un prix fixe pour les échanges immédiats. Cela permet aussi à d’autres contrats d’estimer le prix moyen des deux actifs dans le temps. Les utilisateurs possédant un pool de liquidité reçoivent des récompenses lors des échanges de la paire.
Sei V2
Sei V2 est une mise à niveau importante du réseau Sei, visant à devenir le premier EVM entièrement parallélisé. Cette mise à niveau dotera Sei des fonctionnalités suivantes :
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